Пигмент — это порошок , используемый для придания цвета или изменения внешнего вида. Пигменты полностью или почти нерастворимы и химически неактивны в воде или другой среде; напротив, красители — это окрашенные вещества, которые растворимы или переходят в раствор на определенной стадии их использования. [1] [2] Красители часто являются органическими соединениями, тогда как пигменты часто являются неорганическими . Пигменты, имеющие доисторическую и историческую ценность, включают охру , древесный уголь и лазурит .
В 2006 году на мировом рынке было продано около 7,4 млн тонн неорганических , органических и специальных пигментов. [3] Согласно отчету Bloomberg Businessweek за апрель 2018 года , оценочная стоимость пигментной промышленности во всем мире составляет 30 млрд долларов. Стоимость диоксида титана , используемого для усиления яркости белого цвета многих продуктов, оценивается в 13,2 млрд долларов в год, в то время как цвет Ferrari red оценивается в 300 млн долларов в год. [4]
Как и все материалы, цвет пигментов возникает из-за того, что они поглощают только определенные длины волн видимого света . Связующие свойства материала определяют длину волны и эффективность поглощения света. [5] Свет других длин волн отражается или рассеивается. Спектр отраженного света определяет цвет , который мы наблюдаем.
Появление пигментов чувствительно к источнику света. Солнечный свет имеет высокую цветовую температуру и довольно равномерный спектр. Солнечный свет считается стандартом для белого света. Искусственные источники света менее равномерны.
Цветовые пространства, используемые для численного представления цветов, должны указывать их источник света. Лабораторные измерения цвета, если не указано иное, предполагают, что измерение было записано при источнике света D65 или «дневном свете 6500 K», что примерно соответствует цветовой температуре солнечного света.
Другие свойства цвета, такие как его насыщенность или светлота, могут определяться другими веществами, которые сопровождают пигменты. Связующие вещества и наполнители могут влиять на цвет.
Минералы использовались в качестве красителей с доисторических времен. [6] Древние люди использовали краску в эстетических целях, например, для украшения тела. Пигменты и оборудование для измельчения краски, возраст которых, как полагают, составляет от 350 000 до 400 000 лет, были обнаружены в пещере в Твин-Риверс, недалеко от Лусаки , Замбия . Охра , оксид железа, была первым цветом краски. [7] Излюбленный синий пигмент был получен из лазурита . Пигменты на основе минералов и глин часто носят название города или региона, где они изначально были добыты. Сырая сиена и жженая сиена происходили из Сиены , Италия , в то время как сырая умбра и жженая умбра происходили из Умбрии . Эти пигменты были одними из самых простых в синтезе, и химики создали современные цвета на основе оригиналов. Они были более последовательными, чем цвета, добытые из исходных рудных тел, но названия мест сохранились. Также во многих пещерных рисунках эпохи палеолита и неолита встречаются красная охра, безводный Fe 2 O 3 и гидратированная желтая охра (Fe 2 O 3 . H 2 O). [8] Древесный уголь — или сажа — также использовался в качестве черного пигмента с доисторических времен. [8]
Первым известным синтетическим пигментом был египетский синий , который впервые засвидетельствован на алебастровой чаше в Египте, датируемой Нагадой III ( около 3250 г. до н. э.). [9] [10] Египетский синий (синяя фритта), силикат кальция и меди CaCuSi 4 O 10 , полученный путем нагревания смеси кварцевого песка, извести , флюса и источника меди , такого как малахит . [11] Уже изобретенный в додинастический период Египта , его использование стало широко распространенным во времена 4-й династии . [12] Это был синий пигмент par excellence римской античности ; его художественно-технологические следы исчезли в ходе Средних веков до его повторного открытия в контексте египетской кампании и раскопок в Помпеях и Геркулануме . [13] Более поздние досовременные синтетические пигменты включают свинцовые белила (основной карбонат свинца, (PbCO3 ) 2Pb ( OH) 2 ), [14] киноварь , ярь-медянку и свинцово-оловянный желтый . Киноварь, сульфид ртути , изначально изготавливалась путем измельчения порошка натуральной киновари . С XVII века ее также синтезировали из элементов. [15] Ее предпочитали старые мастера, такие как Тициан . Индийский желтый когда-то получали путем сбора мочи крупного рогатого скота, которого кормили только листьями манго . [16] Голландские и фламандские художники XVII и XVIII веков предпочитали его за его люминесцентные свойства и часто использовали его для изображения солнечного света . [ необходима ссылка ] Поскольку листья манго не подходят для крупного рогатого скота с точки зрения питания, практика сбора индийского желтого в конечном итоге была объявлена негуманной. [16] Современные оттенки индийского желтого производятся из синтетических пигментов. Вермиллион был частично заменен кадмиевыми красными.
Из-за стоимости лазурита часто использовались заменители. Берлинская лазурь , старейший современный синтетический пигмент, был открыт случайно в 1704 году. [17] К началу 19 века синтетические и металлические синие пигменты включали французский ультрамарин , синтетическую форму лазурита . Ультрамарин производился путем обработки силиката алюминия серой . Были также введены различные формы кобальтового синего и церулеанового синего . В начале 20 века был получен фтало-синий , синтетический металлоорганический пигмент. В то же время королевский синий , другое название, когда-то данное оттенкам, полученным из лазурита, эволюционировал, чтобы обозначать гораздо более светлый и яркий цвет, и обычно смешивается с фтало-синим и диоксидом титана или с недорогими синтетическими синими красителями.
Открытие в 1856 году мовеина , первого анилинового красителя , стало предшественником разработки сотен синтетических красителей и пигментов, таких как азо- и диазосоединения . Эти красители положили начало расцвету органической химии, включая систематические разработки красителей. Развитие органической химии уменьшило зависимость от неорганических пигментов. [18]
До разработки синтетических пигментов и усовершенствования методов извлечения минеральных пигментов партии цвета часто были непоследовательными. С развитием современной цветной промышленности производители и специалисты объединились для создания международных стандартов для идентификации, производства, измерения и тестирования цветов.
Впервые опубликованная в 1905 году цветовая система Манселла стала основой для серии цветовых моделей, предоставляя объективные методы измерения цвета. Система Манселла описывает цвет в трех измерениях: оттенок , значение (яркость) и цветность (чистота цвета), где цветность — это отличие от серого при заданном тоне и значении.
К середине 20-го века были доступны стандартизированные методы для химии пигментов, часть международного движения по созданию таких стандартов в промышленности. Международная организация по стандартизации (ISO) разрабатывает технические стандарты для производства пигментов и красителей. Стандарты ISO определяют различные промышленные и химические свойства, а также способы их проверки. Основные стандарты ISO, которые относятся ко всем пигментам, следующие:
Другие стандарты ISO относятся к определенным классам или категориям пигментов в зависимости от их химического состава, например, ультрамариновые пигменты, диоксид титана , пигменты на основе оксида железа и т. д.
Многие производители красок, чернил, текстиля, пластика и красителей добровольно приняли Международный индекс цвета (CII) в качестве стандарта для идентификации пигментов, которые они используют при производстве определенных цветов. Впервые опубликованный в 1925 году, а теперь совместно публикуемый в Интернете Обществом красильщиков и колористов ( Великобритания ) и Американской ассоциацией текстильных химиков и колористов (США), этот индекс признан на международном уровне как авторитетный справочник по красителям. Он охватывает более 27 000 продуктов под более чем 13 000 общими названиями индексов цвета.
В схеме CII каждый пигмент имеет общий индексный номер, который идентифицирует его химически, независимо от патентованных и исторических названий. Например, фталоцианиновый синий BN был известен под различными общими и патентованными названиями с момента его открытия в 1930-х годах. В большей части Европы фталоцианиновый синий более известен как Helio Blue или под патентованным названием, таким как Winsor Blue. Американский производитель красок Grumbacher зарегистрировал альтернативное написание (Thanos Blue) в качестве торговой марки. Colour Index International разрешает все эти конфликтующие исторические, общие и патентованные названия, чтобы производители и потребители могли идентифицировать пигмент (или краситель), используемый в определенном цветном продукте. В CII все фталоцианиновые синие пигменты обозначаются общим индексным номером цвета как PB15 или PB16, сокращение от pigment blue 15 и pigment blue 16; эти два числа отражают небольшие изменения в молекулярной структуре, которые производят немного более зеленоватый или красноватый синий.
Ниже приведены некоторые характеристики пигментов, определяющие их пригодность для конкретных производственных процессов и областей применения:
Образцы используются для точной передачи цветов. Типы образцов диктуются носителями, т. е. печатью, компьютерами, пластиком и текстилем. Как правило, носитель, который предлагает самую широкую гамму цветовых оттенков, широко используется в различных носителях.
Эталонные стандарты предоставляются в виде напечатанных образцов цветовых оттенков. PANTONE , RAL , Munsell и т. д. являются широко используемыми стандартами цветовой коммуникации в различных средах, таких как печать, пластик и текстиль .
Компании, производящие цветные суперконцентраты и пигменты для пластмасс, предлагают образцы пластмасс в виде литьевых цветных чипов. Эти цветные чипы предоставляются дизайнеру или заказчику для выбора и подбора цвета для их конкретных пластиковых изделий.
Пластиковые образцы доступны в различных спецэффектах, таких как перламутровый, металлический, флуоресцентный, сверкающий, мозаичный и т. д. Однако эти эффекты трудно воспроизвести на других носителях, таких как печать и компьютерный дисплей. Пластиковые образцы были созданы с помощью 3D-моделирования, чтобы включать различные спецэффекты.
Внешний вид пигментов при естественном освещении трудно воспроизвести на компьютерном дисплее . Требуются приближения. Цветовая система Манселла обеспечивает объективную меру цвета в трех измерениях: оттенок, значение (или светлота) и насыщенность. Компьютерные дисплеи в целом не отображают истинную насыщенность многих пигментов, но оттенок и светлоту можно воспроизвести с относительной точностью. Однако, когда гамма компьютерного дисплея отклоняется от эталонного значения, оттенок также систематически смещен.
Следующие приближения предполагают, что устройство отображения имеет гамму 2,2, используя цветовое пространство sRGB . Чем дальше устройство отображения отклоняется от этих стандартов, тем менее точными будут эти образцы. [20] Образцы основаны на средних измерениях нескольких партий однопигментных акварельных красок, преобразованных из цветового пространства Lab в цветовое пространство sRGB для просмотра на дисплее компьютера. Внешний вид пигмента может зависеть от марки и даже партии. Кроме того, пигменты имеют изначально сложные спектры отражения , которые будут делать их цветовой вид [21] [ нужен лучший источник ] значительно различным в зависимости от спектра источника освещения , свойство, называемое метамерией . Усредненные измерения образцов пигмента дадут только приближения их истинного вида при определенном источнике освещения. Компьютерные системы отображения используют технику, называемую хроматическими адаптационными преобразованиями [22], для эмуляции коррелированной цветовой температуры источников освещения и не могут идеально воспроизводить сложные спектральные комбинации, которые изначально наблюдались. Во многих случаях воспринимаемый цвет пигмента выходит за рамки гаммы компьютерных дисплеев, и для приближения к истинному виду используется метод, называемый отображением гаммы . Отображение гаммы выбирает между точностью яркости , оттенка или насыщенности для отображения цвета на экране в зависимости от приоритета, выбранного в цели рендеринга ICC преобразования .
В биологии пигмент — это любой окрашенный материал растительных или животных клеток. Многие биологические структуры, такие как кожа , глаза , мех и волосы, содержат пигменты (например, меланин ). Окраска кожи животных часто происходит благодаря специализированным клеткам, называемым хроматофорами , которые животные, такие как осьминог и хамелеон, могут контролировать, чтобы изменять цвет животного. Многие состояния влияют на уровни или природу пигментов в клетках растений, животных, некоторых простейших или грибов . Например, расстройство, называемое альбинизмом, влияет на уровень выработки меланина у животных.
Пигментация у организмов выполняет множество биологических функций, включая маскировку , мимикрию , апосематизм (предупреждение), половой отбор и другие формы сигнализации , фотосинтез (у растений), а также основные физические функции, такие как защита от солнечных ожогов .
Цвет пигмента отличается от структурного цвета тем, что цвет пигмента одинаков для всех углов зрения, тогда как структурный цвет является результатом селективного отражения или переливчатости , обычно из-за многослойных структур. Например, крылья бабочек обычно содержат структурный цвет, хотя у многих бабочек есть клетки, которые также содержат пигмент.
Красители — это окрашенные вещества, которые растворяются или переходят в раствор в процессе нанесения и придают цвет путем избирательного поглощения света. Пигменты — это окрашенные, бесцветные или флуоресцентные органические или неорганические мелкодисперсные твердые вещества, которые обычно нерастворимы и по существу химически не подвержены влиянию носителя или среды, в которую они включены.
![«Молочница» Иоганна Вермеера (ок. 1658 г.). Вермеер был щедр в выборе дорогих пигментов, включая свинцово-оловянный желтый, натуральный ультрамарин и краплак, как показано на этой яркой картине.[19]](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/2/20/Johannes_Vermeer_-_Het_melkmeisje_-_Google_Art_Project.jpg/1280px-Johannes_Vermeer_-_Het_melkmeisje_-_Google_Art_Project.jpg)
